package gl8080.physics;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import gl8080.physics.domain.ActingForce;
import gl8080.physics.domain.PhysicalLaw;
import gl8080.physics.domain.Time;
import gl8080.physics.domain.World;
import gl8080.physics.domain.force.CentripetalForce;
import gl8080.physics.domain.force.DummyForce;
import gl8080.physics.domain.force.EarthGravity;
import gl8080.physics.domain.force.Tension;
import gl8080.physics.domain.force.UniversalGravitation;
import gl8080.physics.domain.law.LawOfMotion;
import gl8080.physics.domain.physical.Ball;
import gl8080.physics.domain.primitive.Mass;
import gl8080.physics.domain.primitive.Point;
import gl8080.physics.domain.primitive.Velocity;
import gl8080.physics.view.Axis;
import gl8080.physics.view.Camera;
import gl8080.physics.view.Space;
import gl8080.physics.view.ViewPoint;
import gl8080.physics.view.shape.BallLocus;
import gl8080.physics.view.shape.BallShape;
import javafx.application.Application;
import javafx.scene.Group;
import javafx.scene.Parent;
import javafx.scene.Scene;
import javafx.scene.paint.Color;
import javafx.stage.Stage;
public class Main extends Application {
public static void main(String[] args) {
launch(args);
}
private ExecutorService service = Executors.newSingleThreadExecutor();
private Time time;
@Override
public void start(Stage primaryStage) throws Exception {
primaryStage.setResizable(false);
// Parent parent = this.firstLawOfMotion(); // 等速直線運動
// Parent parent = this.secondLawOfMotion(); // 放物線運動
// Parent parent = this.circle(); // 円運動
// Parent parent = this.tension(); // 振り子
// Parent parent = this.universalGravitation1(); // 万有引力（冥王星 - カロン）
// Parent parent = this.universalGravitation2(); // 万有引力（彗星）
Parent parent = this.universalGravitation3(); // 万有引力（恒星 - 惑星 - 衛星）
Scene root = new Scene(parent);
primaryStage.setScene(root);
primaryStage.show();
primaryStage.setOnCloseRequest(e -> {
this.time.stop();
this.service.shutdown();
});
}
/**
* 運動の第１法則（等速直線運動）
*/
public Parent firstLawOfMotion() throws Exception {
final double size = 100;
// 実験空間の用意
Space space = new Space(size, new Camera());
space.add(new Axis(size));
// 世界を作り、ボールと物理法則を追加する
World world = new World();
// ボール
createBall()
.location(80, 10, 10)
.velocity(-5.0, 3.0, 6.0)
.color(Color.BLUE)
.appendTo(world, space);
// 物理法則を作り、力はダミーを設定
ActingForce actingForce = new DummyForce();
PhysicalLaw law = new LawOfMotion(actingForce);
// 軌跡
BallLocus locus = BallLocus.create(law).build();
space.add(locus);
world.addPhysicalLaws(locus);
// 時の流れをスタートさせる
this.startTime(world, space);
return new Group(space.getSubScene());
}
/**
* 運動の第２法則（運動方程式）
*/
public Parent secondLawOfMotion() throws Exception {
final double size = 100;
// 実験空間の用意
Space space = new Space(size, new Camera());
space.add(new Axis(size));
// 世界を作り、ボールと物理法則を追加する
World world = new World();
// ボール
createBall()
.mass(10.0)
.location(0.0, 0.0, 100.0)
.velocity(12.5, 40.0, -12.5)
.color(Color.BLUE)
.appendTo(world, space);
// 世界を作り、ボールと物理法則を追加する
ActingForce actingForce = new EarthGravity();
PhysicalLaw law = new LawOfMotion(actingForce);
// 軌跡
BallLocus locus = BallLocus.create(law).build();
space.add(locus);
world.addPhysicalLaws(locus);
// 時の流れをスタートさせる
this.startTime(world, space);
return new Group(space.getSubScene());
}
/**
* 円運動
*/
public Parent circle() throws Exception {
final double size = 100;
// 実験空間の用意
Space space = new Space(size, new Camera());
space.add(new Axis(size));
// 世界を作り、ボールと物理法則を追加する
World world = new World();
// ボール
createBall()
.mass(10.0)
.location(50.0, 80.0, 25.0)
.velocity(20.0, 0.0, 0.0)
.color(Color.BLUE)
.appendTo(world, space);
// 物理法則を作り、力に向心力を設定
Point center = new Point(50.0, 50.0, 50.0);
ActingForce actingForce = new CentripetalForce(center);
PhysicalLaw law = new LawOfMotion(actingForce);
// 軌跡
BallLocus locus = BallLocus.create(law).build();
space.add(locus);
world.addPhysicalLaws(locus);
// 時の流れをスタートさせる
this.startTime(world, space);
return new Group(space.getSubScene());
}
/**
* 振り子
*/
public Parent tension() throws Exception {
final double size = 100;
// 実験空間の用意
Space space = new Space(size, new Camera());
space.add(new Axis(size));
// 世界を作り、ボールと物理法則を追加する
World world = new World();
// ボール
createBall()
.mass(10.0)
.location(80.0, 40.0, 20.0)
.color(Color.BLUE)
.appendTo(world, space);
// 物理法則を作り、力に張力を設定
Point center = new Point(50.0, 100.0, 50.0);
ActingForce actingForce = new Tension(center);
PhysicalLaw law = new LawOfMotion(actingForce);
// 軌跡
BallLocus locus = BallLocus.create(law).build();
space.add(locus);
world.addPhysicalLaws(locus);
// 時の流れをスタートさせる
this.startTime(world, space);
return new Group(space.getSubScene());
}
/**
* 万有引力（冥王星 - カロン）
*/
public Parent universalGravitation1() throws Exception {
final double size = 100;
// 一辺が 50,000 km になるように縮尺を設定
ViewPoint.setRate(size, 50_000.0);
// 実験空間の用意
Space space = new Space(size, new Camera());
space.add(new Axis(size));
// 世界を作り、ボールと物理法則を追加する
World world = new World();
// 冥王星
createBall()
.mass(1.3 * Math.pow(10, 22))
.locationKm(25000, 25000, 25000)
.velocityKm(0, 0, -0.02)
.radius(2.0)
.color(Color.RED)
.appendTo(world, space);
// カロン
createBall()
.mass(1.52 * Math.pow(10, 21))
.locationKm(25000 + 19571, 25000, 25000)
.velocityKm(0, 0, 0.185)
.radius(1.0)
.color(Color.BLUE)
.appendTo(world, space);
// 物理法則を作り、力に万有引力を設定
ActingForce actingForce = new UniversalGravitation(world);
PhysicalLaw law = new LawOfMotion(actingForce);
// 軌跡
BallLocus locus = BallLocus.create(law)
.historySize(100)
.interval(100000)
.radius(0.5)
.build();
space.add(locus);
world.addPhysicalLaws(locus);
// 時の流れをスタートさせる
this.startTime(world, space, 50000);
return new Group(space.getSubScene());
}
/**
* 万有引力（彗星）
*/
public Parent universalGravitation2() throws Exception {
final double size = 100;
// 一辺が 50,000 km になるように縮尺を設定
ViewPoint.setRate(size, 50_000.0);
// 実験空間の用意
Space space = new Space(size, new Camera());
space.add(new Axis(size));
// 世界を作り、ボールと物理法則を追加する
World world = new World();
// 恒星
createBall()
.mass(1.0 * Math.pow(10, 23))
.locationKm(25000, 25000, 25000)
.velocityKm(0, 0, 0)
.radius(5.0)
.color(Color.RED)
.appendTo(world, space);
// 彗星
createBall()
.mass(1.0 * Math.pow(10, 10))
.locationKm(50000, 50000, 50000)
.velocityKm(-0.1, 0, 0.2)
.radius(1.0)
.color(Color.BLUE)
.appendTo(world, space);
// 物理法則を作り、力に万有引力を設定
ActingForce actingForce = new UniversalGravitation(world);
PhysicalLaw law = new LawOfMotion(actingForce);
// 軌跡
BallLocus locus = BallLocus.create(law)
.historySize(100)
.interval(100000)
.radius(0.5)
.build();
space.add(locus);
world.addPhysicalLaws(locus);
// 時の流れをスタートさせる
this.startTime(world, space, 50000);
return new Group(space.getSubScene());
}
/**
* 万有引力（恒星 - 惑星 - 衛星）
*/
public Parent universalGravitation3() throws Exception {
final double size = 100;
// 一辺が 30,000,000km になるように縮尺を設定
ViewPoint.setRate(size, 30_000_000);
// 実験空間の用意
Space space = new Space(size, new Camera());
space.add(new Axis(size));
// 世界を作り、ボールと物理法則を追加する
World world = new World();
// 恒星
createBall()
.mass(1.0 * Math.pow(10, 30))
.locationKm(15_000_000, 15_000_000, 15_000_000)
.velocityKm(0, 0, 0)
.radius(5.0)
.color(Color.RED)
.appendTo(world, space);
// 惑星
createBall()
.mass(1.8986 * Math.pow(10, 27))
.locationKm(30_000_000, 15_000_000, 15_000_000)
.velocityKm(0, 0, -67)
.radius(0.5)
.color(Color.BLUE)
.appendTo(world, space);
// 衛星
createBall()
.mass(8.9 * Math.pow(10, 22))
.locationKm(29_600_000, 15_000_000, 15_000_000)
.velocityKm(0, 0, -50)
.radius(0.4)
.color(Color.YELLOW)
.appendTo(world, space);
// 物理法則を作り、力に万有引力を設定
ActingForce actingForce = new UniversalGravitation(world);
PhysicalLaw law = new LawOfMotion(actingForce);
// 軌跡
BallLocus locus = BallLocus.create(law)
.historySize(100)
.color(Color.GRAY)
.interval(100000)
.radius(0.2)
.build();
space.add(locus);
world.addPhysicalLaws(locus);
// 時の流れをスタートさせる
this.startTime(world, space, 50000);
return new Group(space.getSubScene());
}
private void startTime(World world, Space space) {
this.startTime(world, space, 1);
}
private void startTime(World world, Space space, int speed) {
this.time = new Time(world, speed);
this.time.setTick(() -> {
space.refresh();
});
this.service.execute(() -> {
try {
Thread.sleep(500); // 何故かマウスドラッグが効かなくなることがある
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
this.time.start();
});
}
private static BallAppender createBall() {
return new BallAppender();
}
static class BallAppender {
private Mass mass = new Mass(10.0);
private Point location = Point.ORIGIN;
private Velocity velocity = Velocity.ZERO;
private double radius = 1.0;
private Color color = Color.WHITE;
public BallAppender mass(double mass) {
this.mass = new Mass(mass);
return this;
}
public BallAppender location(double x, double y, double z) {
this.location = new Point(x, y, z);
return this;
}
public BallAppender locationKm(double x, double y, double z) {
return this.location(x * 1000.0, y * 1000.0, z * 1000.0);
}
public BallAppender velocity(double x, double y, double z) {
this.velocity = new Velocity(x, y, z);
return this;
}
public BallAppender velocityKm(double x, double y, double z) {
return this.velocity(x * 1000.0, y * 1000.0, z * 1000.0);
}
public BallAppender radius(double radius) {
this.radius = radius;
return this;
}
public BallAppender color(Color color) {
this.color = color;
return this;
}
public void appendTo(World world, Space space) {
Ball ball = new Ball(this.mass);
ball.setLocation(this.location);
ball.setVelocity(this.velocity);
BallShape shape = new BallShape(ball, this.radius, this.color);
world.addPhysical(ball);
space.add(shape);
}
}
}